Cosa sono i batteri e cosa fanno?

I batteri sono microscopici organismi unicellulari che esistono a milioni, in ogni ambiente, sia all’interno che all’esterno di altri organismi.

Alcuni batteri sono dannosi, ma la maggior parte ha uno scopo utile. Sostengono molte forme di vita, sia vegetali che animali, e sono utilizzate nei processi industriali e medicinali.

Si ritiene che i batteri siano stati i primi organismi ad apparire sulla terra, circa 4 miliardi di anni fa. I fossili più antichi conosciuti sono di organismi simili ai batteri.

I batteri possono usare la maggior parte dei composti organici e alcuni composti inorganici come cibo, e alcuni possono sopravvivere a condizioni estreme.

Un crescente interesse per la funzione del microbioma intestinale sta gettando nuova luce sui ruoli che i batteri svolgono nella salute umana.

Cosa sono i batteri?

I batteri sono organismi unicellulari che non sono né piante né animali.

Di solito misurano pochi micrometri di lunghezza ed esistono insieme in comunità di milioni.

Un grammo di terreno contiene in genere circa 40 milioni di cellule batteriche. Un millilitro di acqua dolce contiene in genere circa un milione di cellule batteriche.

Si stima che la terra contenga almeno 5 batteri nonillionari e si ritiene che gran parte della biomassa terrestre sia costituita da batteri.

tipi

Esistono molti tipi diversi di batteri. Un modo per classificarli è per forma. Ci sono tre forme base.

Sferica: i batteri a forma di palla sono chiamati cocchi e un singolo batterio è un coccus. Gli esempi includono il gruppo di streptococchi, responsabile di “mal di gola”.
A forma di bastoncelli: sono conosciuti come bacilli (bacillo singolare). Alcuni batteri a forma di bastoncello sono curvi. Questi sono conosciuti come vibrio. Esempi di batteri a forma di bastoncello sono il Bacillus anthracis (B. anthracis) o l’antrace.
Spirale: sono conosciuti come spirilla (spirillus singolare). Se la loro bobina è molto tesa, sono conosciute come spirochete. La leptospirosi, la malattia di Lyme e la sifilide sono causate da batteri di questa forma.

Ci sono molte varianti all’interno di ciascun gruppo di forme.

Struttura

Le cellule batteriche sono diverse dalle cellule vegetali e animali. I batteri sono procarioti, il che significa che non hanno un nucleo.

Una cellula batterica include:

Capsula: uno strato trovato all’esterno della parete cellulare in alcuni batteri.
Parete cellulare: uno strato costituito da un polimero chiamato peptidoglicano. La parete cellulare conferisce ai batteri la sua forma. Si trova all’esterno della membrana plasmatica. La parete cellulare è più spessa in alcuni batteri, chiamati batteri Gram-positivi.
Membrana al plasma: trovata all’interno della parete cellulare, genera energia e trasporta sostanze chimiche. La membrana è permeabile, il che significa che le sostanze possono attraversarlo.
Citoplasma: una sostanza gelatinosa all’interno della membrana plasmatica che contiene materiale genetico e ribosomi.
DNA: contiene tutte le istruzioni genetiche utilizzate nello sviluppo e nella funzione del batterio. Si trova all’interno del citoplasma.
Ribosomi: è qui che le proteine vengono prodotte o sintetizzate. I ribosomi sono particelle complesse composte da granuli ricchi di RNA.
Flagello: viene usato per il movimento, per spingere alcuni tipi di batteri. Ci sono alcuni batteri che possono avere più di uno.
Pili: queste appendici simili a peli all’esterno della cellula permettono di attaccarsi alle superfici e trasferire materiale genetico ad altre cellule. Questo può contribuire alla diffusione della malattia negli esseri umani.

Alimentazione

I batteri si nutrono in modi diversi.

I batteri eterotrofi, o eterotrofi, ottengono la loro energia attraverso il consumo di carbonio organico. La maggior parte assorbe il materiale organico morto, come la carne in decomposizione. Alcuni di questi batteri parassiti uccidono il loro ospite, mentre altri li aiutano.

I batteri autotrofi (o semplicemente gli autotrofi) producono il loro cibo, sia attraverso:

fotosintesi, usando la luce solare, acqua e anidride carbonica, o
chemiosintesi, utilizzando biossido di carbonio, acqua e sostanze chimiche come ammoniaca, azoto, zolfo e altri

I batteri che usano la fotosintesi sono chiamati fotoautotrofi. Alcuni tipi, ad esempio, i cianobatteri producono ossigeno. Questi probabilmente hanno svolto un ruolo vitale nel creare l’ossigeno nell’atmosfera terrestre. Altri, come gli eliobatteri, non producono ossigeno.

Quelli che usano la chemiosintesi sono noti come chemoautotrofi. Questi batteri si trovano comunemente nelle bocche degli oceani e nelle radici dei legumi, come erba medica, trifoglio, piselli, fagioli, lenticchie e arachidi.

Dove vivono?

I batteri possono essere trovati nel suolo, nell’acqua, nelle piante, negli animali, nelle scorie radioattive, nelle profondità della crosta terrestre, nel ghiaccio artico e nei ghiacciai e nelle sorgenti calde. Ci sono batteri nella stratosfera, tra le 6 e le 30 miglia nell’atmosfera, e nelle profondità oceaniche, fino a 32.800 piedi o 10.000 metri di profondità.

Aerobes o batteri aerobici possono crescere solo dove c’è ossigeno. Alcuni tipi possono causare problemi all’ambiente umano, come corrosione, incrostazioni, problemi con la trasparenza dell’acqua e cattivi odori.

Gli anaerobi, o batteri anaerobici, possono crescere solo dove non c’è ossigeno. Nell’uomo, questo è principalmente nel tratto gastrointestinale. Possono anche causare gangrena del gas, tetano, botulismo e la maggior parte delle infezioni dentali.

Gli anaerobi facoltativi, o i batteri anaerobici facoltativi, possono vivere con o senza ossigeno, ma preferiscono ambienti dove c’è ossigeno. Si trovano principalmente nel suolo, nell’acqua, nella vegetazione e in alcune normali specie di animali e uomini. Gli esempi includono Salmonella.

I mesofili, o batteri mesofili, sono i batteri responsabili della maggior parte delle infezioni umane. Crescono a temperature moderate, intorno ai 37 gradi Celsius. Questa è la temperatura del corpo umano.

Esempi includono Listeria monocytogenes, Pesudomonas maltophilia, Thiobacillus novellus, Staphylococcus aureus, Streptococcus pyrogenes, Streptococcus pneumoniae, Escherichia coli e Clostridium kluyveri.

La flora intestinale umana, o il microbioma intestinale, contiene batteri mesofili benefici, come il Lactobacillus acidophilus dietetico.

Gli estremofili, o batteri estremofili, possono resistere a condizioni considerate troppo estreme per la maggior parte delle forme di vita.

I termofili possono vivere a temperature elevate, fino a 75-80 gradi Celsius (C), e gli ipertermofili possono sopravvivere a temperature fino a 113 gradi C.

Nel profondo dell’oceano, i batteri vivono nel buio più totale da prese d’aria termiche, dove temperatura e pressione sono elevate. Producono il loro cibo ossidando lo zolfo che viene dal profondo della terra.

Altri estremofili includono:

Alofili, trovati solo in un ambiente salato
Acidofili, alcuni dei quali vivono in ambienti acidi come pH0
Alcalifili, che vivono in ambienti alchilinici fino a pH 10,5
Psicrofili, trovati a temperature fredde, per esempio, nei ghiacciai

Gli estremofili possono sopravvivere dove nessun altro organismo può sopravvivere.

Riproduzione e trasformazione

I batteri possono riprodursi e cambiare usando i seguenti metodi:

Fissione binaria: una forma asessuale di riproduzione, in cui una cellula continua a crescere fino a quando una nuova parete cellulare cresce attraverso il centro, formando due cellule. Questi si separano, creando due cellule con lo stesso materiale genetico.
Trasferimento di materiale genetico: le cellule acquisiscono nuovo materiale genetico attraverso processi noti come coniugazione, trasformazione o trasduzione. Questi processi possono rendere i batteri più forti e più resistenti alle minacce, come i farmaci antibiotici.
Spore: quando alcuni tipi di batteri hanno poche risorse, possono formare spore. Le spore contengono il materiale del DNA dell’organismo e contengono gli enzimi necessari per la germinazione. Sono molto resistenti agli stress ambientali. Le spore possono rimanere inattive per secoli, fino a quando si verificano le giuste condizioni. Quindi possono riattivarsi e diventare batteri.
Le spore possono sopravvivere in periodi di stress ambientale, tra cui raggi ultravioletti (UV) e radiazioni gamma, essiccazione, inedia, esposizione chimica e temperature estreme.

Alcuni batteri producono endospore o spore interne, mentre altri producono esosfori, che vengono rilasciati all’esterno. Questi sono noti come cisti.

Il Clostridium è un esempio di un batterio che forma endospora. Esistono circa 100 specie di Clostridium, tra cui il Clostridium botulinim (C. botulinim) o il botulismo, responsabili di un intossicazione alimentare potenzialmente fatale, e il Clostridium difficile (C. Difficile), che causa colite e altri problemi intestinali.

usi

I batteri sono spesso considerati cattivi, ma molti sono utili. Non esisteremmo senza di loro. L’ossigeno che respiriamo è stato probabilmente creato dall’attività dei batteri.

Sopravvivenza umana

Molti dei batteri nel corpo svolgono un ruolo importante nella sopravvivenza umana. I batteri nel sistema digestivo abbattono i nutrienti, come gli zuccheri complessi, in forme che il corpo può utilizzare.

I batteri non pericolosi aiutano anche a prevenire le malattie occupando i posti a cui i batteri patogeni o che causano malattie vogliono attaccarsi. Alcuni batteri ci proteggono dalle malattie attaccando i patogeni.

Fissazione dell’azoto

I batteri assorbono azoto e lo rilasciano per uso vegetale quando muoiono. Le piante hanno bisogno di azoto nel terreno per vivere, ma non possono farlo da soli. Per garantire questo, molti semi di piante hanno un piccolo contenitore di batteri che viene usato quando la pianta germoglia.

Tecnologia alimentare

I batteri dell’acido lattico, come il Lactobacillus e il Lactococcus insieme a lievito e muffe, o funghi, vengono utilizzati per preparare alimenti come formaggio, salsa di soia, natto (fagioli di soia fermentati), aceto, yogurt e sottaceti.

Non solo la fermentazione è utile per conservare gli alimenti, ma alcuni di questi alimenti possono offrire benefici per la salute.

Ad esempio, alcuni alimenti fermentati contengono tipi di batteri simili a quelli associati alla salute gastrointestinale. Alcuni processi di fermentazione portano a nuovi composti, come l’acido lattico, che sembrano avere un effetto antinfiammatorio.

Sono necessarie ulteriori indagini per confermare i benefici per la salute degli alimenti fermentati.

Batteri nell’industria e nella ricerca

I batteri possono abbattere composti organici. Questo è utile per attività come il trattamento dei rifiuti e la pulizia di sversamenti di petrolio e rifiuti tossici.

Le industrie farmaceutiche e chimiche usano i batteri nella produzione di alcuni prodotti chimici.

I batteri sono utilizzati in biologia molecolare, biochimica e ricerca genetica, perché possono crescere rapidamente e sono relativamente facili da manipolare. Gli scienziati usano i batteri per studiare come funzionano i geni e gli enzimi.

I batteri sono necessari per fare antibiotici.

Bacillus thuringiensis (BT) è un batterio che può essere utilizzato in agricoltura invece di pesticidi. Non ha le conseguenze ambientali indesiderate associate all’uso di pesticidi.

pericoli

Alcuni tipi di batteri possono causare malattie nell’uomo, come il colera, la difterite, la dissenteria, la peste bubbonica, la polmonite, la tubercolosi (TBC), la febbre tifoide e molti altri.

Se il corpo umano è esposto a batteri che il corpo non riconosce come utili, il sistema immunitario li attaccherà. Questa reazione può portare ai sintomi di gonfiore e infiammazione che vediamo, per esempio, in una ferita infetta.

Resistenza

Nel 1900, la polmonite, la tubercolosi e la diarrea furono i tre più grandi assassini negli Stati Uniti (Stati Uniti). Le tecniche di sterilizzazione e i farmaci antibiotici hanno portato a un calo significativo delle morti per malattie batteriche.

Tuttavia, l’uso eccessivo di antibiotici sta rendendo più difficile il trattamento delle infezioni batteriche.A mano a mano che i batteri mutano, diventano più resistenti agli antibiotici esistenti, rendendo le infezioni più difficili da trattare. I batteri si trasformano naturalmente, ma l’uso eccessivo di antibiotici sta accelerando questo processo.

“Anche se vengono sviluppati nuovi farmaci, senza cambiamenti di comportamento, la resistenza agli antibiotici rimarrà una delle principali minacce”. Organizzazione mondiale della sanità (OMS)

Per questo motivo, gli scienziati e le autorità sanitarie invitano i medici a non prescrivere antibiotici a meno che non sia necessario, e per le persone a praticare altri modi di prevenire le malattie, come buona igiene alimentare, lavaggio delle mani, vaccinazione e sesso sicuro.

Il microbioma intestinale

Recenti ricerche hanno portato a una nuova e crescente comprensione di come il corpo umano interagisce con i batteri, e in particolare le comunità di batteri che vivono nel tratto intestinale, conosciuti come il microbioma intestinale o la flora intestinale.

Nel 2009, i ricercatori hanno pubblicato risultati che suggeriscono che le donne con obesità avevano più probabilità di avere un particolare tipo di batteri noxianoxia nella loro bocca.

Nel 2015, gli scienziati dell’Università del North Carolina hanno scoperto che l’intestino di persone con anoressia contiene batteri “molto diversi” o comunità microbiche, rispetto a persone che non ne hanno la condizione. Suggeriscono che questo possa avere un impatto psicologico.

Storia

Oltre 2000 anni fa, un autore romano, Marcus Terentius Varro, suggerì che la malattia potesse essere causata da piccoli animali che galleggiavano nell’aria. Ha consigliato alle persone di evitare luoghi paludosi durante i lavori di costruzione perché potrebbero contenere insetti troppo piccoli per gli occhi da vedere che entrano nel corpo attraverso la bocca e le narici e causano malattie.

Nel 17 ° secolo, uno scienziato olandese, Antonie van Leeuwenhoek creò un microscopio a lente singola con il quale vide ciò che chiamò animalcule, in seguito noto come batteri. È considerato il primo microbiologo.

Nel XIX secolo, i chimici Louis Pasteur e Robert Koch dissero che le malattie erano causate da germi. Questo era noto come Teoria dei Germi.

Nel 1910, lo scienziato Paul Ehrlich annunziò lo sviluppo del primo antibiotico, Salvarsan. L’ha usato per curare la sifilide. Fu anche il primo scienziato a rilevare i batteri usando le macchie.

Nel 2001, Joshua Lederburg ha coniato il termine “microbioma intestinale”, e gli scienziati di tutto il mondo stanno attualmente cercando di descrivere e comprendere più precisamente le strutture, i tipi e gli usi della “flora intestinale” o dei batteri nel corpo umano.

Col tempo, questo lavoro dovrebbe gettare nuova luce su una vasta gamma di condizioni di salute.